混合动力车辆自动起动系统及方法 【相关申请的交叉引用】
本申请要求2008年8月15日提交的美国临时专利申请No.61/089153的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
【技术领域】
本发明涉及混合动力车辆控制系统，更具体地涉及自动起动控制。
背景技术
本节的陈述仅仅提供与本发明相关的背景信息，而可能不构成现有技术。
混合动力系通常包括提供扭矩给传动系以推进车辆的内燃机(ICE)、一个或多个电动机(EM)、以及一个或多个扭矩发生器。混合动力系的类型包括完全混合动力系、强混合动力系、轻度混合动力系等。在完全混合动力系中，EM直接驱动传动系，而不通过ICE的构件传递扭矩。在强混合动力系中，一个或多个电动机可作为变速系统的一部分被结合并且连接在ICE和传动系之间。电动机可用于变速器传动比选择、旋转辅助、ICE的制动、再生等。
在轻度混合动力结构中，EM通过附属传动件连接到ICE。由EM产生的扭矩通过ICE传递到传动系。一个示例性的轻度混合动力系可包括皮带传动起动机/发电机(BAS)系统。在BAS系统中，EM经由皮带滑轮结构连接到ICE，皮带滑轮结构驱动其它附属构件，例如泵和压缩机。
动力系扭矩控制通常包括两个扭矩控制域：轴扭矩和推进扭矩。在轻度混合动力系中，推进扭矩是ICE的曲轴处的输出扭矩，该输出扭矩包括EM扭矩成分。
在发动机的自动起动期间，混合动力系的控制模块利用电动机来使发动机转动。例如，在车辆启用(已经发生钥匙起动等)且不运动时可能发生自动起动，例如当车辆操作者松开制动器踏板和/或压下加速器踏板时。发动机的曲轴在自动起动期间的旋转速度通常高于在发动机借助起动器的常规起动期间的旋转速度。在自动起动期间，由于启动ICE而可能使混合动力系的发动机速度和/或输出扭矩突然增大。
【发明内容】
在一个实施例中，本发明提供一种用于发动机的控制系统，该控制系统包括在第一模式和第二模式下操作的发动机控制模块(ECM)。ECM产生空转速度信号和基于发动机空转速度的变速器负载信号。混合控制模块(HCM)基于空转速度信号和变速器负载信号增大电动机扭矩以增大发动机的当前速度。HCM在处于第一模式时控制当前速度。ECM在处于第二模式时控制当前速度。在发生以下情形中的至少一者时HCM将对当前速度的控制转移给ECM：当前速度匹配空转速度，和发动机的燃烧扭矩输出等于所请求的曲轴输出扭矩。
在其它特征中，本发明提供一种操作发动机控制系统的方法，该方法包括接收自动起动命令信号。发动机气缸内的压力基于自动起动命令信号被减小。对应于点火和燃料中的至少一个的扭矩请求信号被接收。基于发动机控制模块的发动机气流命令来计算动力系输出扭矩。基于动力系输出扭矩来控制供给发动机的气流。电动机扭矩被增大到预定水平以克服发动机的摩擦力和泵送压力。电动机扭矩被减小以使发动机的当前速度渐增(ramp up)并且接合变速器。在发动机的当前速度处于预定空转速度范围内之后并且在发动机的歧管绝对压力小于第一预定水平之后，发动机的燃烧扭矩被启用并被增大。
通过下面提供的详细描述，将会清楚本发明进一步的应用领域。应当理解，这些详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非用于限制本发明的范围。
【附图说明】
通过详细描述和附图将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是包括根据本发明一个实施例的自动起动控制的混合动力系统的功能框图；
图2是包括根据本发明一个实施例的自动起动控制的另一混合动力系统的功能框图；
图3A是根据本发明一个实施例的协调扭矩控制系统的第一部分的功能框图；
图3B是图3A中的协调扭矩控制系统的第二部分的功能框图；
图4是根据本发明一个实施例的控制系统的功能框图；
图5是根据本发明一个实施例的发动机控制系统的功能框图；
图6示出了根据本发明一个实施例的在正常模式或后备模式下操作控制系统的方法；
图7是示出了根据本发明一个实施例的正常模式和后备模式的自动起动方面的信号图；
图8示出了根据本发明一个实施例地在积极模式(aggressivemode)下操作控制系统的方法；
图9是示出了根据本发明一个实施例的积极模式的自动起动方面的信号图；
图10是示出了动力系扭矩的视图；
图11是示出了根据本发明一个实施例的电机扭矩确定的功能框图；
图12是示出了根据本发明一个实施例的节气门位置控制的功能框图；以及
图13示出了根据本发明一个实施例确定节气面积的方法。
【具体实施方式】
混合动力车辆控制系统可包括混合控制模块和发动机控制模块。在自动起动期间，混合控制模块可以利用电动机(EM)使内燃机(ICE)的速度增大或加速到空转速度。在自动起动期间，混合动力车辆中可能会经历发动机速度和/或输出扭矩的突增。
为了在自动起动期间控制发动机速度，混合控制模块可以使用速度渐变曲线(speed ramping profile)、惯性和发动机扭矩控制技术。发动机扭矩技术可包括关闭节气门、减少供应给气缸的燃料量、以及延迟点火。虽然这些技术有助于减小发动机速度的突增，但是所述技术的效果有限并且具有相关的缺点。例如，在延迟点火超过某一水平后，可能导致点火不良。而且，这些发动机扭矩技术控制进入ICE的气流的能力有限。
下面描述的实施例满足若干起动特性，包括在自动起动期间提供发动机速度的平稳增大，而不会有发动机速度和/或输出扭矩的波动。可以使发动机速度增大到发动机空转速度，并且在预定时间段内提供发动机速度。提供发动机速度的平稳增加，同时使发动机速度控制在混合控制模块和发动机控制模块之间过渡。自动起动控制基于扭矩域控制，而不是基于致动器域控制。
下面的描述本质上仅仅是示例性的并且决不用来限制本发明及其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记表示同样的元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当理解为使用非排他性的逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本发明原理的情况下可以按不同顺序执行方法中的步骤。
如本文所使用的，术语“模块”可以指的是下述部件的一部分或包括下述部件：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或硬件程序的处理器(共享、专用、或成组)和/或存储器(共享、专用、或成组)、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适构件。
而且，如本文所使用的，术语“燃烧循环”指的是发动机燃烧过程的重复出现的阶段。例如，在四冲程内燃机中，单个燃烧循环可以指代且包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在发动机运转期间所述四个冲程重复进行。
另外，虽然以下实施例主要参照示例性内燃机来描述，但是本发明的实施例也可应用于其它内燃机。例如，本发明可应用于压燃、火花点火、均匀火花点火、均质压燃、分层火花点火、以及火花辅助压燃发动机。
此外，在下面的描述中，术语“自动起动”指的是控制模块通过EM起动发动机，而不用驾驶员通过诸如钥匙开关或按钮开关的起动请求机构来启动。自动起动不是指点火状态的改变。在混合动力车辆中，发动机可以在不同情况下被关闭/停用，例如在低动力需求期间，等等。举例来说，在车辆已经接近且停在红色交通灯处且发动机已经关闭或停用之后，可能发生自动起动。当车辆的制动器踏板未被压下和/或当车辆的加速器踏板被压下时，可以启动自动起动。
在自动起动期间，EM使发动机以增大的速度旋转，该速度大于通常与常规起动器关联的速度。EM提供比使用起动器执行的起动更平稳且更少燃料消耗的发动机起动。电动机自动起动允许进行可变扭矩控制，同时克服发动机的压缩脉冲。电动机自动起动还允许发动机速度受控地增加到允许歧管压力减小(下吸)的水平。在使发动机旋转时，EM可提供不同水平的扭矩。可以在启动发动机的燃料喷射之前以及在发动机的歧管绝对压力小于预定歧管绝对压力之前施加该扭矩。
此外，还介绍了各种操作模式。驾驶员引起的第一模式或正常模式可以指的是车辆操作者引起的自动起动。正常模式也对应于加速器不被致动或加速器致动小于预定水平时的情况。非驾驶员引起的第一模式或后备模式可以指的是系统引起的自动起动，而不是车辆操作者引起的。举例来说，当车辆不运动、ICE以空转速度运转且请求增加扭矩输出时，可以出现后备模式。扭矩输出的增加可能是由于为电源或电池充电或者操作空调等的指令而产生。
正常模式和后备模式提供ICE的平稳增速和起动，而不会产生发动机速度的突增或发动机速度超过发动机空转速度。该发动机速度的渐增是通过EM控制、发动机燃烧扭矩的开启、发动机速度控制在控制模块之间的切换、以及最小发动机速度突增或下降来提供的。
驾驶员引起的第二模式或积极模式可以指的是加速器致动大于或等于预定水平时的驾驶员引起的自动起动。在积极模式期间，ICE速度的平稳渐变提供有适当的输出扭矩以满足车辆操作者的扭矩输出请求。积极模式可对应于在发动机速度控制进行切换之前进行驾驶员压入(tip-in)(从默认位置压下或致动加速器)时的情况。在完全响应驾驶员扭矩请求之前，ICE速度渐增以接合变速器。这防止了ICE速度的突增，该突增可能导致驾驶员感觉到沉闷的顿挫。在接合变速器后，系统响应时间被最小化以提供所请求的扭矩。
现在参照图1，其中示出了包含自动起动控制的示例性混合动力系统10。虽然动力系统10被图示为后轮驱动(RWD)动力系，但是应当理解，本发明的实施例能够以任何其它动力系构造来实施。动力系统10包括推进系统12和传动系统14。推进系统12包括内燃机(ICE)16和EM或电动机发电机单元(MGU)18。推进系统12也可以包括辅助构件，辅助构件包括但不限于：空调(A/C)压缩机20和转向泵22。MGU 18和辅助构件使用皮带滑轮系统24连接于ICE 16。皮带滑轮系统24可连接于ICE 16的曲轴26并且使扭矩能够在曲轴26和MGU 18和/或辅助构件之间传递。这种构造被称为皮带传动起动机/发电机(BAS)系统。
曲轴26驱动传动系统14。传动系统14包括挠性板(flexplate)或飞轮(未示出)、变矩器或其它连接装置30、变速器32、传动轴34、差速器36、车轴38、制动器40和从动车轮42。在ICE 16的曲轴26处输出的推进扭矩(TPROP)被传递通过传动系统构件以在车轴38处提供驱动车轮42的车轴扭矩(TAXLE)。车轴扭矩(TAXLE)可以称为动力系输出扭矩。更具体地，TPROP乘以连接装置30、变速器32和差速器36提供的多个传动比，以提供车轴38处的TAXLE。实质上，TPROP乘以有效传动比(随连接装置30引入的比而变)、由变速器输入/输出轴速度确定的变速器传动比、差速器比以及任何其它构件(例如，四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)动力系中的分动箱)可在传动系统14中引入的比率。为了进行扭矩控制，TAXLE域包括ICE 16和MGU 18。
动力系10还包括控制系统50，控制系统50在发动机16的自动起动期间调节MGU 18的扭矩输出。控制系统50包括主控制模块51，主控制模块51可包括变速器控制模块(TCM)52、发动机控制模块(ECM)54和混合控制模块(HCM)56。控制系统50可以基于可由速度传感器51检测的MGU 18的速度来调节MGU 18的扭矩输出。来自速度传感器51的信息可以直接提供给HCM 56。这允许快速检测MGU 18的速度并且调节MGU 18的输出扭矩。输出扭矩可以应用于发动机16的曲轴。
主控制模块51控制经由TCM 52、ECM 54和HCM 56产生的动力系输出扭矩。HCM 56可以包括一个或多个子模块，包括但不限于BAS控制处理器(BCP)58。TCM 52、ECM 54和HCM 56经由控制器局域网(CAN)总线60彼此通信。驾驶员输入62与ECM通信。驾驶员输入端62可以包括但不限于加速器踏板和/或巡航控制系统。驾驶员界面64与TCM 52通信。驾驶员界面64包括但不限于变速器范围选择器(例如，PRNDL杆)。主控制模块51可以与包含起动气流表(crank air flow table)67的存储器65通信。
控制系统50可以基于扭矩协调控制来操作，扭矩协调控制可以包括车轴扭矩域和推进扭矩域。TPROP是可包括EM扭矩成分的曲轴输出扭矩。根据本发明的扭矩协调控制实施ECM中的车轴扭矩(TAXLE)裁决来提供裁决车轴扭矩(TAXLEARB)。
扭矩协调控制可监测加速器踏板位置(αPED)和车辆速度(VVEH)。基于αPED和VVEH确定驾驶员预期或期望的车轴扭矩(TAXLEDES)或发动机动力。发动机动力可以用于BAS混合系统或非混合车辆系统。车轴扭矩可用于强混合系统。例如，αPED和VVEH可用作预先校准的预存储查找表的输入，该查找表提供对应的TAXLEDES。ECM 54裁决TAXLEDES和其它扭矩请求以提供TAXLEARB。其它扭矩请求包括在车轴扭矩请求组中提供的一个或多个扭矩请求。扭矩请求由扭矩部件产生并且包括但不限于绝对扭矩值、最小扭矩极限值、最大扭矩极限值或差量扭矩值请求。与车轴扭矩请求组关联的扭矩部件包括但不限于：牵引力控制系统(TCS)、车辆稳定性增强系统(VSES)和车辆超速保护系统(VOS)。在确定TAXLEARB时，使用有效传动比将TAXLEARB转换成ECM 54内的推进扭矩(TPROPECM)。在确定TPROPECM后，ECM 54裁决TPROPECM和其它推进扭矩请求以提供最终TPROPECM给HCM 56。
HCM 56可以发出扭矩请求以通过停用发动机气缸(例如，通过切断通向气缸的燃料)将发动机燃烧扭矩输出设定为零。这可以在期望推进系统扭矩为负时的车辆滑行情况期间发生。这种情况的一个示例是加速器踏板位置接近或处于零水平以使车辆减速时的情况。例如，燃料被切断并且车辆的再生制动开始经由MGU 18将车辆的动能转换为电能。为了便于此操作，使车轮扭矩联结至曲轴的变矩器离合器被接合。这样，MGU 18被驱动。因此，扭矩请求可从HCM56提供给ECM 54，例如提供给ECM 54的驾驶员扭矩请求模块。扭矩请求可以包括驾驶员/巡航(所裁决的车轴扭矩)推进扭矩请求和HCM 56零燃料扭矩请求。
TCM 52提供裁决的推进扭矩值(TPROPTCM)。更具体地，TCM 52裁决来自扭矩特征的扭矩请求。示例性的TCM扭矩特征是产生最大扭矩极限以限制变速器输入轴处的扭矩的变速器保护算法。最大扭矩极限指示通过变速器输入轴的最大容许扭矩，以便保护变速器构件。
ECM裁决TCM扭矩请求并且确定最终扭矩请求被传送到HCM 56。TCM扭矩请求是非致动器专用的，并且可以提供给ECM 54的车轴或推进扭矩裁决模块。术语“非致动器专用”指的是基于发动机的致动器，例如与气流、点火和燃料相关的致动器，或者可以用于提供所请求的扭矩的其它非基于发动机的致动器。
HCM 56基于TPROPFINAL确定TICE和TEM。更具体地，HCM 56包括优化算法，优化算法基于ICE 16和MGU 18中的每一个的可用扭矩输出来划分TPROPFINAL。TICE被传送到ECM 54，ECM 54产生利用ICE 16来获得TICE的控制信号。HCM 56基于TEM产生控制信号以利用MGU 18获得TEM。
现在参照图2，图示出发动机系统100的功能框图。发动机系统100可以构造成用于混合电动车辆。发动机系统100包括发动机102，发动机102燃烧空气/燃料混合物以产生车辆和MGU 103的驱动扭矩，MGU103可以连接于电源105或者与电源105通信。电源可以包括一个或多个电池。空气通过节气门112吸入进气歧管110。主控制模块114命令节气门致动器模块116调节节气门112的开度以控制吸入进气歧管110的空气量。
来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的气缸中。发动机102可以包括任意数量的气缸。主控制模块114可以指令气缸致动器模块120选择性地停用气缸中的某些气缸以改善燃料经济性。
来自进气歧管110的空气通过进气门122吸入到气缸118中。ECM 114控制燃料喷射系统124喷射的燃料量。燃料喷射系统124可以在中央位置将燃料喷射到进气歧管110中，或者可以在多个位置将燃料喷射到进气歧管110中，例如在每个气缸的进气门附近的位置。或者，燃料喷射系统124可以直接将燃料喷射到气缸中。
喷射的燃料与空气混合并且在气缸118中形成空气/燃料混合物。气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自主控制模块114的信号，点火致动器模块126使气缸118中的火花塞128通电，这点燃空气/燃料混合物。点火正时可以相对于活塞处于其最上方位置的时间来规定，在此处空气/燃料混合物被最大地压缩，最上方位置被称为上止点(TDC)。
空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动旋转的曲轴(未示出)。然后，活塞开始再次向上运动并且通过排气门130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆排气。排气通过催化剂135。
进气门122可以由进气凸轮轴140控制，而排气门130可以由排气凸轮轴142控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可以控制每个气缸的多个进气门和/或可以控制多个气缸组的进气门。类似地，多个排气凸轮轴可以控制每个气缸的多个排气门和/或可以控制多个气缸组的排气门。气缸致动器模块120可以通过停止提供燃料和点火和/或禁用其排气门和/或进气门来停用气缸。
进气门122被打开的时间可以通过进气凸轮移相器148依据活塞TDC而变。排气门130被打开的时间可以通过排气凸轮移相器150依据活塞TDC而变。移相器致动器模块158基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。
发动机系统100可以包括提供增压空气给进气歧管110的增压装置。例如，图2绘出了涡轮增压器160。涡轮增压器160由流经排气系统134的排气气体提供动力，并且提供压缩空气充量给进气歧管110。涡轮增压器160可以在空气到达进气歧管110之前压缩空气。
废气门164可允许排气气体绕过涡轮增压器160，从而减小涡轮增压器的输出(或增压)。主控制模块114经由增压致动器模块162控制涡轮增压器160。增压致动器模块162可以通过控制废气门164的位置来调节涡轮增压器160的增压。压缩空气充量由涡轮增压器160提供给进气歧管110。中间冷却器(未示出)可以消散压缩空气充量的热量的一部分，该热量在空气被压缩时产生并且也可以在排气系统134的附近增大。替代性的发动机系统可以包括提供压缩空气给进气歧管110并且由曲轴驱动的增压器。
发动机系统100可以包括废气再循环(EGR)阀170，该阀选择性地将排气气体重新引导回到进气歧管110。在各种实施方式中，EGR阀170可以位于涡轮增压器160之后。发动机系统100可以使用RPM传感器180来测量以转每分(RPM)为单位的曲轴速度。可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182来测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以位于发动机102内或者位于使冷却剂循环的其它位置，例如散热器(未示出)。
可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，可以测量发动机真空度，其中，发动机真空度是环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差。可以使用空气质量流量(MAF)传感器186测量流入进气歧管110中的空气质量。在各种实施方式中，MAF传感器186可以位于具有节气门112的壳体中。
节气门致动器模块116可以使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)190来监测节气门112的位置。可以使用进气空气温度(IAT)传感器192测量吸入到发动机系统100中的空气的环境温度。ECM 114可以使用来自传感器的信号为发动机系统100做出控制决定。
主控制模块114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的换挡。例如，主控制模块114可以在换挡期间减小扭矩。主控制模块114可以与混合控制模块196通信以协调发动机102和MGU103的操作。MGU 103可以用于产生供车辆电气系统使用的和/或用于存储在电池中的电能。在各种实施方式中，主控制模块114、变速器控制模块194和混合控制模块196可以一体形成到一个或多个模块中。
为了简要地引用发动机102的各个控制机构，改变发动机参数的每个系统均可称为致动器。例如，节气门致动器模块116可以改变叶片位置，从而可以改变节气门112的打开区域。节气门致动器模块116因此可以称为致动器，节气门打开区域可以称为致动器位置。
类似地，点火致动器模块126可以称为扭矩致动器，而相应的致动器位置是点火提前量。其它扭矩致动器包括增压致动器模块162、EGR阀170、移相器致动器模块158、燃料喷射系统124、以及气缸致动器模块120。关于这些扭矩致动器的术语“致动器位置”可以分别对应于增压压力、EGR阀开度、进气和排气凸轮移相器角度、空燃比、以及启用的气缸数。上述扭矩致动器是发动机专用的。其它扭矩致动器可以包含例如MGU 103并且与MGU 103关联。
虽然MGU 103可以与发动机102的扭矩输出串联地和/或并联地提供EM扭矩，但是应当理解，在本发明的范围内也可以想到其它的设置。例如，MGU 103可以实现为一个或多个EM并且直接提供扭矩给车轮200而不是使扭矩经过EM变速器系统202。
发动机102和MGU 103的组合扭矩被应用于变速器202的输入。EM变速器系统202可以包括根据来自主控制模块114的挡位变换命令来切换挡位的自动变速器。EM变速器系统202可以包括用于传动比选择、旋转辅助、发动机制动、再生等的一个或多个EM。EM变速器系统202的输出轴连接到差动齿轮204的输入。差动齿轮204驱动车轴和车轮200。车轮速度传感器206产生指示各个车轮200的旋转速度的信号。
发动机系统100还可以包括大气压力传感器208。大气压力传感器208可以用于确定环境状况，环境状况可以进一步用于确定期望节气面积。期望节气面积可以对应于特定节气门位置。
现在参照图3A和3B，示出了提供扭矩协调控制的示例性发动机控制系统300。发动机控制系统300可称为CTC系统或中枢。发动机控制系统300的任何模块可以执行诊断测试，从而称为专用诊断模块。图3A和3B连在一起绘出完整的功能框图。图3A的第一连接标记“A”叠加图3B的第二连接标记“A”。图3A和3B共同称为图3。
发动机控制系统300采用扭矩请求中枢模块302，扭矩请求中枢模块302确定推进扭矩需求并且将推进扭矩需求传送给推进扭矩控制模块304。扭矩请求中枢模块302基于来自下面更详细描述的各个扭矩请求模块308-322的输入来确定推进扭矩需求。扭矩请求模块308-322包括产生信号以影响对致动器3061-p(即，致动器306)中的一个或多个的控制的模块，所述致动器改变发动机扭矩。推进扭矩需求表示发动机期望的扭矩以便满足来自扭矩请求模块308-322的请求。
推进扭矩控制模块304基于净推进扭矩需求来控制致动器306中的一个或多个。致动器306影响发动机扭矩。致动器306的示例包括：根据设定的点火正时输送点火火花到发动机的点火模块；在设定时间输送适当的燃料量到发动机的燃料喷射模块；以及，调节例如节气门角度的电子节气门控制模块。
扭矩请求模块308-322中的每一个均可以被分类作为车轴扭矩请求模块或推进扭矩请求模块。车轴扭矩请求模块控制关于路面的车辆速度和车辆牵引力中的至少一个。推进扭矩请求模块控制发动机、EM、MGU、组合的EM和MGU、和/或它们的组合的输出扭矩。示例性的车轴扭矩请求模块图示于图3A中，包括踏板位置感测模块308、驾驶员扭矩请求模块309、巡航控制扭矩请求模块310、自适应巡航控制扭矩请求模块312、以及其它的车轴扭矩请求模块3141-J。示例性的推进扭矩请求模块304图示于图3B中，包括防失速模块316、发动机起动和停止模块318、发动机容量保护模块320、以及其它的推进扭矩请求模块3221-K。
踏板位置感测模块308产生指示由车辆操作者请求的车辆加速的踏板位置信号。驾驶员扭矩请求模块309基于踏板位置信号产生驾驶员扭矩请求。驾驶员扭矩请求也可以基于当前发动机速度和当前车辆速度而定。
巡航控制扭矩请求模块310产生巡航控制扭矩请求。巡航控制扭矩请求表示使车辆维持在设定速度的车轴扭矩。自适应巡航控制扭矩请求模块312可以与巡航控制扭矩请求模块310通信以基于车辆的周围环境来改变巡航控制扭矩请求。例如，自适应巡航控制扭矩请求模块312可以请求减小的车轴扭矩。当巡航控制启用时，该请求可以使车辆减速和/或使车辆在另一车辆后面维持在最小跟随距离处。
其它的车轴扭矩请求模块由车轴扭矩请求模块3141-J表示，这些模块共同称为车轴扭矩请求模块314。车轴扭矩请求模块314的第一个示例是牵引力/阻力控制模块。牵引力/阻力控制模块确定车轴扭矩变化以控制正车轮滑移和负车轮滑移。正车轮滑移指的是在加速期间由于过度动力系扭矩引起的车辆轮胎和路面之间的滑移。负车轮滑移指的是在减速期间由于过度制动车轴扭矩引起的车辆轮胎和路面之间的滑移。可以基于来自车轮速度传感器的信号检测滑移。
车轴扭矩请求模块314的另一示例是车辆超速保护模块。车辆超速保护模块确定最大车轴扭矩极限值以使车辆速度维持在预定速度极限以下。
车轴扭矩请求模块314的又一示例是制动扭矩管理模块。当应用车辆制动器时，制动扭矩管理模块确定最大车轴扭矩。最大车轴扭矩是在不超过车辆制动器的制动扭矩的情况下能够提供的车轴扭矩。
车轴扭矩请求模块314的又一示例是稳定性控制模块。稳定性控制模块基于车辆的偏航率产生车轴扭矩请求。稳定性控制模块可以包括在电子稳定性控制系统中。
扭矩请求中枢模块302包括车轴扭矩裁决模块330、推进扭矩裁决模块332、以及储备和负载(reserve and load)控制模块333。车轴扭矩裁决模块330接收来自驾驶员扭矩请求模块309、巡航控制扭矩请求模块310、车轴扭矩请求模块314的各种扭矩请求和/或极限。
车轴扭矩裁决模块330基于扭矩请求和/或极限产生净车轴扭矩请求并且将净车轴扭矩请求传送至车轴-推进扭矩转换模块336。车轴-推进扭矩转换模块336将净车轴扭矩请求转换为相应的推进扭矩请求，该推进扭矩请求可以提供给推进扭矩裁决模块332。所述转换可以基于车轴差动齿轮的传动比、车辆车轮的直径、变速器的传动比以及变矩器增益而定。
在强混合电动车辆中，来自车轴扭矩裁决模块330的总车轴扭矩请求被传送至混合控制模块340。混合控制模块340可以确定待由EM或MGU和发动机提供的推进扭矩量。混合控制模块340基于所述确定来产生推进扭矩请求信号，推进扭矩请求信号分别提供给推进扭矩裁决模块332和MGU。车轴-推进扭矩转换模块336可以与混合控制模块340相结合。
推进扭矩裁决模块332产生裁决的预测和即时推进扭矩信号，所述信号基于来自各个推进扭矩请求模块的推进扭矩请求和/或极限、车轴扭矩裁决模块330、和/或HCM 340。推进扭矩裁决模块332将裁决的预测和即时推进扭矩传递至储备和负载控制模块333，储备和负载控制模块333基于来自储备扭矩请求模块3501-Q的储备扭矩请求将预测和即时扭矩请求传送至推进扭矩控制模块304。推进扭矩裁决模块332从推进扭矩请求模块316-322接收推进扭矩请求。推进扭矩请求模块3221-K共同称为推进扭矩请求模块322。
储备和负载控制模块333可以从储备扭矩请求模块3501-Q(共同称为储备扭矩请求模块350)中的一个或多个接收储备扭矩请求。储备附加扭矩可以从发动机提供。储备扭矩请求模块350的第一个示例是空调压缩机扭矩补偿模块。当压缩机离合器接合和分开时，空调压缩机扭矩补偿模块请求储备和负载扭矩补偿对以保持恒定的发动机速度。
储备扭矩请求模块350的另一示例是催化剂起燃模块。当发动机起动并且具有小于某一温度的温度时，催化剂起燃模块请求发动机点火被延迟以增加排气气体温度并将排气催化剂加热至转化温度。催化剂起燃模块也可以请求节气门开度被增大而点火被延迟以补偿任何关联的扭矩损失。
储备扭矩请求模块350的另一示例是介入式诊断模块。介入式诊断模块(例如空闲催化剂监测器)可改变发动机的空燃比以执行诊断测试。空燃比的这一变化可以改变发动机的扭矩输出。介入式诊断模块可以请求储备扭矩以补偿扭矩输出的这一变化。
防失速模块316确定使发动机维持在运行状态所需的最小扭矩。防失速模块316可以基于来自发动机起动和停止模块318与发动机容量保护模块320的输入来增加最小扭矩。
发动机容量保护模块320基于推进系统(发动机)的机械限制提供发动机的最大扭矩极限。示例性的机械限制包括与发动机的机械部件(例如曲轴等)关联的最大扭矩极限。变速器最大扭矩极限可以提供有来自TCM(例如图1的TCM 52)的变速器最大扭矩请求。发动机容量保护模块320也提供最小和最大扭矩极限以便于适当的组合。最小扭矩的示例是在失火结果之前能够用空气致动获得的扭矩。最小和最大极限可以提供给推进扭矩裁决模块332以用于产生请求的总推进扭矩。
推进扭矩请求模块322的示例是变速器扭矩请求模块，其在变速器换挡期间产生减小发动机扭矩的扭矩请求。其它推进扭矩请求模块322可以包括发动机超度保护模块和发动机空转速度控制模块。发动机超度保护模块确定推进扭矩极限以防止发动机速度超过预定发动机速度。发动机空转速度控制模块确定在滑行期间使发动机维持在预定空转速度或在变速器处于驱动挡或空挡时使发动机维持空转的推进扭矩。其它的推进扭矩请求模块322可以包括燃料切断模块。燃料切断模块提供离合器燃料切断，在车辆装备有手动变速器且车辆操作者松开离合器时可以发生离合器燃料切断。当离合器分离且从发动机移除负载时，离合器燃料切断防止发动机速度增加到预定速度以上。
强混合动力系统通常包括控制发动机速度的混合控制模块。在以下公开的实施例中，公开混合控制模块和发动机控制模块分别在不同时间控制发动机速度。在一个实施例中，HCM和ECM不在相同时间控制发动机速度。HCM和ECM具有不同的相应发动机速度控制技术、算法等。发动机速度控制的转换和扭矩协调控制的使用允许本文公开的实施例应用于不同的混合动力系控制系统，所述系统包括完全混合动力系控制系统、强混合动力系控制系统和轻度混合动力系控制系统。
现在参照图4，示出了控制系统400。控制系统400包括ECM402、HCM 404和电动机发电机单元(MGU)406。ECM 402通过起动气流系统准确地控制基于扭矩的系统中的节气门。至少参照图13和14的实施例来描述起动气流系统。在美国专利申请No.11/848,687中进一步描述了起动气流系统，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。ECM 402将节气门位置设定为可校准值，然后为燃烧扭矩请求(WOM)设定预测值，从而初始化速度控制模块。WOM扭矩可以指的是不应用EM扭矩时发动机的燃烧扭矩减去制动扭矩。WOM扭矩可以指的是燃烧扭矩减去例如辅助扭矩、增压器摩擦、发动机摩擦(泵送损失)、动力转向损失、空调损失等。EM扭矩可以等于曲轴扭矩减去WOM扭矩。
ECM 402包括车轴扭矩裁决模块(AXLR)、第一推进扭矩裁决模块(PTAR_ECM)、扭矩储备和调节模块(PATR)、以及推进扭矩控制模块(TRQR)。AXLR、PTAR_ECM和TRQR类似地用作图3A和3B的车轴扭矩裁决模块330、推进扭矩裁决模块308、储备和负载控制模块333、以及推进扭矩控制模块304。
SPDR将期望的空转速度发送给HCM 404的发动机起动和停止模块(ESSR)。PTAR_ECM将发动机空转速度下预期的变速器负载的期望曲轴扭矩传递给第二推进扭矩裁决模块(PTAR_HCM)。可以在自动起动期间提供信号。PTAR_ECM可以包括制动扭矩裁决模块(BTAM)和发动机燃烧扭矩模块(ECTM)。BTAM基于来自AXLR、防失速或空转速度控制模块(SPDR)、发动机超速保护模块(EOSR)和变速器扭矩请求模块(TTQR)的信号来确定发动机上的适当曲轴扭矩。SPDR与第一发动机性能和容量模块(ECPR_ECM)通信，ECPR_ECM与HCM 404的相应的第二发动机性能和容量模块(ECPR_HCM)通信。ECPR_HCM由于发动机的机械和燃烧极限而提供ICE的扭矩极限。
在自动起动期间或在起动能力模式时，ECTM可以从HCM的扭矩请求裁决模块(TRAR)接收期望的曲轴输出扭矩信号或燃烧扭矩请求信号(无BAS EM扭矩或WOM的曲轴扭矩)。然后ECTM可以通过发送TRQR信号以利用即时扭矩请求调节点火正时来控制制动扭矩。ECSR分别提供钥匙起动信号和自动起动信号给SPDR和ECTM。对于发动机起动和停止事件，ECSR控制空气致动，例如节气门致动。发动机起动和停止事件指的是发动机的启用和停用。ECSR具有起动气流模式、起动扭矩模式和停机颤动模式。
在自动起动模式期间，ECSR指示起动气流或起动扭矩模式，ECTM使用ECSR预测扭矩请求来代替TRAR混合预测请求或BTAM曲轴扭矩请求。即时扭矩由HCM提供，而预测请求由ECM提供。这不是因为气流缓慢且用作设定点。因为串行数据的等待时间，所以不使用串行数据总线来控制气流。即时扭矩具有比预测扭矩响应时间更快的响应时间，并且可以在串行数据链路上被请求。HCM可以基于即时扭矩请求来协调EM和发动机WOM扭矩以便于平稳控制。
扭矩储备请求可以传送给扭矩储备和调节模块(RATR)。例如，在催化剂起燃时间期间，气流可以增加，点火可以被延迟，同时维持PTAR确定的制动扭矩。作为另一示例，可以确定补偿扭矩以补偿启用空调产生的制动扭矩，启用空调会对发动机产生负载并且影响发动机扭矩输出。储备和负载用于满足来自PTAR的ECTM的燃烧或WOM扭矩请求。
在发动机运转操作期间，制动扭矩信号可由ECM 402产生并提供给HCM 404。HCM 404然后可以确定将要由发动机燃烧或WOM所产生的扭矩量，并且确定多少扭矩将要由EM或MGU产生。HCM 404然后产生传送到ECM 402的燃烧扭矩请求(WOM)信号。ECM 402控制燃烧产量和/或对应于WOM信号的WOM扭矩。
所指示的扭矩是由燃烧事件产生的扭矩。制动器/曲轴/飞轮/变速器输入是进入发动机的飞轮输出处的扭矩。当发动机旋转且燃料OFF时，WOM扭矩等于负旋转摩擦力。例如，对于四气缸来说，WOM扭矩可以是-20～-30Nm。当发动机被供应燃料且在空挡时空转时，WOM扭矩可以上升到零。当变速器被接合时(在BAS自动起动时)，WOM扭矩从-20至-30Nm变为大约20Nm以支持变速器变矩器。
在空转或发动机处于空转速度时，ECM 402可以控制发动机燃烧产量和/或WOM扭矩，而不用考虑来自HCM 404的WOM信号。使用借助于ECM 402的发动机点火致动和借助于HCM 404的EM控制以再生动力供应，可以提供正常空转控制。ECTM可以提供从制动扭矩到发动机燃烧扭矩的电桥旁路(bridge bypass)。换句话说，ECTM可以基于制动扭矩确定发动机燃烧扭矩。WOM扭矩可以等于制动扭矩减去电动机扭矩。
PATR产生由TRQR接收的预测和即时扭矩请求信号。TRQR扭矩请求信号和/或控制信号，所述信号提供给增压致动器模块(BSTR)、相位致动模块(PHSR)、节气门位置和感测模块(TPSR)、点火控制模块(SPKR)和燃料控制模块(FULR)。可以是预测或即时的扭矩请求和控制信号可以基于来自气缸停用模块(CDAR)和发动机扭矩估算模块(ETQR)的信号而产生。
HCM 404包括ECPR_HCM、PTAR_HCM和TRAR，并且还包括WOM-EM燃料经济性优化控制模块(OITR)、发动机起动停止模块(ESSR)、自动起动和停止模块(ASSR)、输入和离合器速度控制模块(ICSR)、以及混合电机扭矩模块(HTDR)。
OLTR可以基于期望曲轴扭矩来确定期望WOM和EM扭矩。OLTR可以检测电源或电池电荷状态。OLTR可以确定发动机的燃料消耗并且确定EM扭矩的调节和/或产生燃烧扭矩请求。OLTR可以例如在执行自动起动时确定稳态目标以提供零(0)电机扭矩。
ESSR执行自动起动和停止。ESSR控制EM和发动机速度及扭矩。ASSR接收车辆和动力系水平的输入并且确定发动机应该是ON(启用)还是OFF(停用)状态。当发动机产生正输出扭矩时，发动机可以认为是启用的，但是WOM扭矩可以为正或负。ON和OFF状态被指令给ESSR。ASSR可以例如从ECM 402和/或从本文公开的传感器接收例如冷却剂温度信号、空调信息信号、MAP信号、制动真空信号、以及变速器温度信号。
现在参照图5，示出了示例性发动机控制系统的功能框图。ECM 500的示例性实施例包括车轴扭矩裁决模块504。车轴扭矩裁决模块504在驾驶员输入模块的驾驶员输入与其它车轴扭矩请求之间进行裁决。例如，驾驶员输入可以基于加速器踏板的位置。驾驶员输入也可以基于巡航控制，巡航控制可以是维持预定跟随距离的自适应巡航控制。
扭矩请求可以包括目标扭矩值以及渐变请求，例如使扭矩渐减至最小发动机停机扭矩或使扭矩从最小发动机停机扭矩渐增的请求。车轴扭矩请求可以包括在车轮滑移期间由牵引控制系统请求的扭矩减小。车轴扭矩请求也可以包括扭曲增大请求以抵消负车轮滑移，在负车轮滑移时，因为车轴扭矩为负，因此车辆的轮胎相对于路面滑动。
车轴扭矩请求也可以包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可以减小发动机扭矩以确保发动机扭矩输出不超过在车辆停止时制动器保持车辆的能力。车辆超速扭矩请求可以减小发动机扭矩输出以防止车辆超过预定速度。车轴扭矩请求也可以由车身稳定性控制系统产生。车轴扭矩请求还可以包括例如可在检测到临界故障时产生的发动机停机请求。
车轴扭矩裁决模块504基于所接收的扭矩请求之间的裁决结果来输出预测扭矩和即时扭矩。预测扭矩是ECM 500准备产生的扭矩量，并且可常常基于驾驶员的扭矩请求而定。即时扭矩是可小于预测扭矩的当前期望的扭矩量。
即时扭矩可以小于预测扭矩以提供扭矩储备(在下文更详细地描述)并且满足临时扭矩减小的要求。仅举例来说，在车辆速度接近超速阈值和/或牵引控制系统感测到车轮滑移时可以请求临时扭矩减小。
通过改变响应迅速的发动机致动器可以获得即时扭矩，而较慢的发动机致动器可以用于准备预测扭矩。例如，可以快速地调节点火提前，而凸轮移相器位置和气流可由于机械延迟时间而较慢地响应。此外，气流的变化受到进气歧管中的空气输送延迟的影响。另外，气流随着扭矩变化的变化是不明显的，直到空气已经被吸入气缸、压缩和燃烧为止。
可以通过设定较慢的发动机致动器以产生预测扭矩而产生扭矩储备，而设定较快的发动机致动器以产生小于预测扭矩的即时扭矩。例如，节气门可以被打开，从而增加气流且准备产生预测扭矩。同时，点火提前可以被减小(换句话说，点火正时可以被延迟)，从而将实际发动机扭矩输出减小至即时扭矩。
预测扭矩和即时扭矩之间的差可以称为扭矩储备。当存在扭矩储备时，通过改变较快的致动器可以使发动机扭矩从即时扭矩快速地增加到预测扭矩。从而不用等待由于调节较慢致动器之一产生的扭矩变化而获得预测扭矩。
车轴扭矩裁决模块504输出预测扭矩和即时扭矩给推进扭矩裁决模块506。在各种实施方式中，车轴扭矩裁决模块504可以输出预测扭矩和即时扭矩给混合优化模块508。混合优化模块508确定应该由发动机产生多少扭矩以及应该由EM产生多少扭矩。混合优化模块508然后输出修正的预测扭矩值和即时扭矩值给推进扭矩裁决模块506。在各种实施方式中，混合优化模块508可以应用在HCM 509中。
推进扭矩裁决模块506接收的预测扭矩和即时扭矩从车轴扭矩域(车轮处的扭矩)转换到推进扭矩域(曲轴扭矩)。该转换可以发生在混合优化模块508之前、之后、作为其一部分或者代替混合优化模块508。
推进扭矩裁决模块506在包括转换的预测扭矩和即时扭矩的推进扭矩请求之间进行裁决。推进扭矩裁决模块506可以产生冲裁的预测扭矩和裁决的即时扭矩。通过从接收的请求中选择获胜请求可以产生冲裁的扭矩。替代性地或者另外地，基于接收的请求中的另外一个或多个请求来修正接收的请求之一，可以产生裁决的请求。
其它推进扭矩请求可以包括用于发动机超速保护的扭矩减小、用于防失速的扭矩增大、以及由TCM请求以适应换挡的扭矩减小。推进扭矩请求也可以由离合器燃料切断产生，这可以在驾驶员压下手动变速器车辆中的离合器踏板时减小发动机扭矩输出。
推进扭矩请求也可以包括在检测到临界故障时发出的发动机停机请求。仅举例来说，临界故障可以包括检测到车辆盗窃、卡住的起动器电机、电子节气门控制问题、以及意外的扭矩增大。仅举例来说，发动机停机请求可始终在裁决中获胜，从而作为裁决的扭矩被输出，或者可以完全回避裁决，直接使发动机停机而不考虑扭矩。推进扭矩裁决模块506可以仍然接收这些停机请求，使得例如适当的数据可以反馈到其它扭矩请求器。例如，所有其它扭矩请求器可以被告知它们已经输掉裁决。
RPM控制模块510也可以输出预测扭矩和即时扭矩请求给推进扭矩裁决模块506。当ECM 500处于RPM模式时，来自RPM控制模块510的扭矩请求可以在裁决中获胜。当驾驶员将脚从加速器踏板移开时，例如在车辆从较高速度空转或滑行时，可以选择RPM模式。替代地或者另外地，当车轴扭矩裁决模块504请求的预测扭矩小于可校准扭矩值时可以选择RPM模式。
RPM控制模块510从RPM轨迹模块512接收期望RPM，并且控制预测扭矩和即时扭矩请求以减小期望RPM和实际RPM之间的差。仅举例来说，RPM轨迹模块512针对车辆滑行可以输出线性减小的期望RPM，直到发动机RPM达到空转RPM为止。RPM轨迹模块512然后可以继续输出空转RPM作为期望RPM。
在各种实施方式中，RPM轨迹模块512的功能如共同转让的美国专利No.6,405,587中所描述的那样，该专利于2002年6月18日授权，题为“System and Method of Controlling the Coastdown of a Vehicle”，其全部公开内容通过引用的方式明确地并入本文。
储备/负载模块520从推进扭矩裁决模块506接收裁决的预测扭矩和即时扭矩请求。各种发动机工作条件可影响发动机扭矩输出。响应于这些条件，储备/负载模块520可以通过增大预测扭矩请求来产生扭矩储备。
仅举例来说，催化剂起燃过程或冷起动排放减小过程可以直接改变发动机的点火提前。储备/负载模块520因此可以增大预测扭矩请求以抵消点火提前对发动机扭矩输出的作用。在另一示例中，例如通过介入式诊断当量比测试和/或新发动机清洗可以直接改变发动机的空燃比和/或空气质量流量。在这些过程中，可以产生相应的预测扭矩增大以补偿发动机扭矩输出的变化。
储备/负载模块520也可以在预期到未来负载时(例如空调压缩机离合器的接合或动力转向泵操作)产生储备。在驾驶员首先请求空气调节时可以产生用于A/C离合器接合的储备。然后，当A/C离合器接合时，储备/负载模块520可以将A/C离合器的预期负载增加到即时扭矩请求。
致动模块524接收作为储备/负载模块520的输出的预测扭矩和即时扭矩。致动模块524确定将如何实现预测扭矩和即时扭矩请求。致动模块524可以是发动机专用型的，具有用于汽油机-柴油机的不同控制策略。在各种实施方式中，致动模块524可以限定致动模块524之前的依赖于发动机的模块和独立于发动机的模块之间的边界。
例如，在汽油机中，致动模块524可以改变节气门的开度，这允许宽的扭矩控制范围。然而，打开和关闭节气门导致相对慢的扭矩变化。禁用气缸也提供宽的扭矩控制范围，但是也会类似地缓慢且另外涉及到驾驶性和排放问题。改变点火提前是相对快速地，但是不提供很大的扭矩控制范围。另外，关于点火的可能的扭矩控制量(称为点火容量)随着每缸空气的变化而变化。
在各种实施方式中，致动模块524可以基于预测扭矩产生空气扭矩请求。空气扭矩请求可以等于预测扭矩请求，使得设定气流，从而仅通过改变为其它致动器就可以实现预测扭矩请求。
空气控制模块528可以基于空气扭矩请求来确定用于慢致动器的期望致动器值。例如，空气控制模块528可以控制期望歧管绝对压力(MAP)、期望节气面积、和/或期望每缸空气(APC)。期望MAP可以用于确定期望增压，期望APC可以用于确定期望凸轮移相器位置。
在汽油系统中，致动模块524也可以产生点火扭矩请求、停缸扭矩请求、和燃料质量扭矩请求。点火扭矩请求可由点火控制模块532用来确定从校准的点火提前延迟点火至什么程度(这减小发动机扭矩输出)。点火控制模块532控制点火致动器模块533。在柴油系统中，燃料质量可以是控制发动机扭矩输出的主致动器。
停缸扭矩请求可以由气缸控制模块536用来确定多少个气缸被停用。气缸控制模块536可以指令气缸致动器模块120来停用发动机102的一个或多个气缸。在各种实施方式中，可以一起停用预定的气缸组。气缸控制模块536也可以指令燃料控制模块537停止为停用的气缸提供燃料，并且可以命令点火控制模块532停止为停用的气缸提供点火。
燃料质量扭矩请求可以由燃料控制模块537用来改变提供给每个气缸的燃料量。仅举例来说，燃料控制模块537可以确定燃料质量，该燃料质量在与当前每缸空气量结合时产生理想配比燃烧。燃料控制模块537可以指令燃料致动器模块539来为每个启用的气缸喷射该燃料质量。在正常发动机运转期间，燃料控制模块537可以尝试维持理想配比的空燃比。
燃料控制模块537可以使燃料质量增加至理想配比值以上以增加发动机扭矩输出，并且可以使燃料质量减小以减小发动机扭矩输出。在各种实施方式中，燃料控制模块537可以接收不同于理想配比的期望空燃比。燃料控制模块537然后可以为每个气缸确定获得期望空燃比的燃料质量。
致动模块524实现即时扭矩请求所采用的方法可以通过模式设定来确定。模式设定可以例如由推进扭矩裁决模块506提供给致动模块524，并且可以指示停用模式、合理模式、最大范围模式、以及自动致动模式。
在停用模式中，致动模块524可以忽略即时扭矩请求并且尝试实现预测扭矩请求。致动模块524因此可以将点火扭矩请求、停缸扭矩请求和燃料质量扭矩请求设定为预测扭矩请求，这使当前发动机气流条件的扭矩输出最大化。或者，致动模块524可以将这些请求设定为预定值(例如范围之外的值)以禁止通过延迟点火、停用气缸、或减小燃空比产生的扭矩减小。
在合理模式中，致动模块524可以尝试通过仅仅调节点火提前来实现即时扭矩请求。致动模块524因此可以输出预测扭矩请求给空气控制模块528，输出即时扭矩请求给点火控制模块532。点火控制模块532将尽可能地延迟点火以尝试实现点火扭矩请求。如果期望的扭矩减小大于点火储备容量(可通过点火延迟获得的扭矩减小量)，那么就可能不会实现扭矩减小。
在最大范围模式中，致动模块524可以输出预测扭矩请求作为空气扭矩请求以及输出即时扭矩请求作为点火扭矩请求。另外，致动模块524可以产生停缸扭矩请求，停缸扭矩请求最够低以使得点火控制模块532能够实现即时扭矩请求。换句话说，在仅仅减小点火提前不能实现即时扭矩请求时，致动模块524可以减小停缸扭矩请求(从而停用气缸)。
在自动致动模式中，致动模块524可以基于即时扭矩请求减小空气扭矩请求。例如，只要空气扭矩请求需要允许点火控制模块532通过调节点火提前来实现即时扭矩请求，空气扭矩请求就可被减小。因此，在自动致动模式中，实现了即时扭矩请求，同时允许发动机尽可能快地返回至预测扭矩请求。换句话说，通过尽可能地减小快速响应的点火提前使得对相对较慢响应的节气门校正的使用最小化。
扭矩估算模块540可以估算发动机的扭矩输出。该估算扭矩可以由空气控制模块528用来执行对发动机气流参数(例如MAP、节气面积和移相器位置)的闭环控制。仅举例来说，可以限定扭矩关系，例如T＝f(APC，S，I，E，AF，OT，#)，其中扭矩(T)是每缸空气(APC)、点火提前(S)、进气凸轮移相器位置(I)、排气凸轮移相器位置(E)、空燃比(AF)、油温(OT)、和启用气缸数(#)的函数。可以考虑附加变量，例如废气再循环(EGR)阀的开度。
该关系可以由方程建模和/或可以存储作为查找表。扭矩估算模块540可以基于测量的MAF和当前RPM确定APC，从而允许基于实际气流的闭环空气控制。由于移相器可以朝期望位置运动，所使用的进气和排气凸轮移相器位置可基于实际位置而定。另外，可以使用校准的点火提前。该估算扭矩可以称为空气扭矩，即，在不考虑随点火提前而变的实际发动机扭矩输出的情况下，对在当前气流下能够产生多少扭矩的估算。
空气控制模块528可以产生输出给增压调度模块541的期望歧管绝对压力(MAP)信号。增压调度模块541使用期望MAP信号来控制增压致动器模块542。增压致动器模块542然后控制一个或多个涡轮增压器和/或增压器。
空气控制模块528可以产生输出到节气门致动器模块543的期望面积信号。节气门致动器模块543然后调节节气门以产生期望节气面积。空气控制模块529可以使用估算扭矩和/或MAF信号以便执行闭环控制。例如，可以基于估算扭矩和空气扭矩请求的比较来控制期望面积信号。
空气控制模块528也可以产生输出到移相器调度模块544的期望每缸空气(APC)信号。基于期望APC信号和RPM信号，移相器调度模块544可以利用移相器致动器模块545来控制进气和/或排气凸轮移相器的位置。
返回参考点火控制模块532，可以在各种发动机工作条件下校准点火提前值。仅举例来说，扭矩关系可以反转为求解期望点火提前。对于给定的扭矩请求(Tdes)，可以基于Sdes＝T1(Tdes，APC，I，E，AF，OT，#)确定期望点火提前(Sdes)。该关系作为方程和/或查找表来实现。空燃比(AF)可以是由燃料控制模块540指示的实际比。
当点火提前设定为校准的点火提前时，所得到的扭矩可以尽可能地接近于平均最佳扭矩(MBT)。MBT指的是在使用具有大于预定阈值的辛烷值的燃料时，点火提前被增大时对于给定气流产生的最大扭矩。该最大扭矩出现时的点火提前可称为MBT点火。因为例如燃料品质(例如较低的辛烷燃料)和环境因素，校准的点火提前可以不同于MBT点火。校准的点火提前时的扭矩因此可以小于MBT。
在下面的图6-10的步骤中，描述了多个操作模式和方法。所述模式和方法可以应用于图1-5的系统中的任何一个系统或系统组合。在以下步骤中，第一发动机速度控制模式指的是通过利用EM扭矩作为主控制致动器的HCM对发动机速度的控制。第二发动机速度控制模式指的是通过利用WOM扭矩作为主控制致动器的ECM对发动机速度的控制HCM和ECM可以操作于正常、后备和积极自动起动模式，同时操作于第一和第二发动机速度控制模式中的任一模式。而且，在以下步骤中，描述了点火延迟和提前事件。在正常工作范围内维持点火正时以防止失火。这改进了扭矩估算并且减小了排放产量。
正常和积极模式是车辆操作者引起的。后备模式是系统引起的并且不必由车辆操作者引起。在车辆操作者松开踏板且加速器信号小于预定值(无压入到轻微压入)时可以触发正常模式，所述松开踏板可以由制动器踏板传感器产生的制动器踏板信号指示。后备模式可以指的是在控制系统由于操作空调、电源充电等而执行自动起动时的模式。积极模式可以在加速器信号大于预定值(重压入)时触发。
ECM在自动起动期间控制气流致动器。气流控制提供了缓慢响应，因此是慢致动器。ECM控制气流，代替了在自动起动期间在ECM和HCM之间(例如在串行数据链路上)传递空气致动扭矩命令。这防止了节气门不稳定性。
现在参照图6和图7，示出了以正常模式或后备模式操作控制系统的方法。虽然下面的步骤主要关于图1-5和图7的实施例进行描述，但是这些步骤可容易改变以适用于本发明的其它实施例。
图7包括发动机速度信号(RPM)、EM(EM)扭矩信号、期望曲轴扭矩信号、WOM扭矩信号、节气门位置信号、气缸燃料启动信号、ESSR模式信号、点火正时信号、MAP信号。
所述方法可开始于550。在步骤551中，接收自动起动命令信号。自动起动命令信号可以指的是由HCM、ECM、主控制模块产生的信号，或者可以指的是由制动器传感器、加速器传感器或其它车辆操作者引起的信号发生器产生的信号。例如，当车辆操作者松开制动器踏板时可以触发自动起动，所述松开制动器踏板可以由制动器踏板传感器产生的制动器踏板信号来指示。作为另一示例，自动起动可以由加速器的致动来触发。这可以由加速器踏板传感器产生的加速器信号来指示。制动器踏板信号和加速器信号可以称为自动起动命令信号。
在步骤552中，ECM和HCM以第一发动机速度控制模式操作。在步骤554中，ECM产生空转速度信号和基于发动机空转速度而定的变速器负载信号。
在步骤556中，为了使发动机最初被供应燃料且启动点火时的燃烧扭矩最小，发动机的歧管压力被减小(抽气降压)。这在启动燃料和火花(点火)之前被执行，并且提供平稳起动。歧管压力的减小使发动机气缸内的压力减小。歧管压力在启用发动机(增加WOM扭矩)之前被减小。EM扭矩可被增加，从而增加发动机速度以对发动机的歧管和/或气缸抽气降压。
在步骤558中，可以接收或产生扭矩请求信号。扭矩请求信号可以被ECM的模块接收，并且对应于开始自动起动时期望的动力系输出扭矩。动力系期望输出扭矩可以例如等于在适当地燃烧而不失火时的最小气流和最小点火(点火正时被延迟)时的发动机扭矩。在步骤559中，ECM可以基于扭矩请求信号计算动力系输出扭矩。为了使发动机速度扰动(发动机速度加速或减速中的突变)最小而同时启动燃料和点火，燃烧扭矩可减到最小，然后渐增至期望空转曲轴扭矩水平。
在步骤560中，ECM基于确定的和/或计算的用于最小化节气面积的预测扭矩来定位节气门。在处于第一和第二发动机速度控制模式时，通向发动机的气流由ECM控制。ECM可以控制气流并且将请求的扭矩转换为节气门位置。这提供了稳定的节气门请求。可以关于图13和图14所述的那样来控制气流。ECM可以基于起动气缸事件(cranking cylinderevent)和发动机的冷却剂温度来控制节气门位置。节气面积随着发动机速度的增加而增加。
起动气流表可以用于自动起动。起动气流表对于正常模式、后备模式和积极模式来说可以是不同的。对于正常模式或后备模式，起动气流表可以具有初始起点，初始起点被校准以关闭节气门，从而增进MAP压力的减小。起动气流表可以从初始起点转变到空转气流点，空转气流点对应于提供用于操作空转发动机的节气门位置且提供零EM扭矩。
对于积极模式，起动气流表可以具有对应于节气门被部分打开的初始起点。另外，或者替代地，起动气流表可以具有这样的点：这些点对应于使气流以比关联于正常模式和后备模式的点的速率更快的速率渐增。
起动气流表可以包括例如与起动事件、冷却剂温度和气流相关的第一表。控制系统可以被校准且第一表可以与基本加速器踏板位置关联。例如，基本踏板位置可以指的是10％旋转位置。可以基于当前起动事件和10％旋转位置的冷却剂温度来确定气流水平X。可以基于气流水平X确定节气面积或节气门位置。
第二起动气流表可以通过倍增因数使加速器踏板位置与基本踏板位置相关。例如，20％踏板位置可以具有相应的倍增因数Y。气流水平X可以乘以倍增因数Y以确定20％踏板位置的气流Z。
在步骤562中，EM扭矩被增加至预定水平，从而克服发动机的摩擦力和泵送压力并且支持变速器输入负载。这由图7的EM扭矩信号的节段563示出。EM扭矩被提供给发动机的曲轴。基于空转速度信号和变速器负载信号调节EM扭矩以增加发动机的速度。该调节可以关于图12的实施例来描述。发动机速度的增加由RPM信号的节段565示出。
HCM基于来自ECM的期望空转速度信号和预期扭矩负载或变速器负载信号来使EM功率渐增。EM扭矩可以被减小而发动机速度渐增，这是因为所要克服的惯性很小。这由EM扭矩信号的节段567示出，并且在启动发动机的WOM扭矩之前完成。HCM基于空转速度信号和变速器负载信号来调节EM扭矩以增加发动机的速度。该调节可关于图12的实施例所述的那样来执行。
在步骤564中，使燃料通向发动机。燃料喷射器能够以喷射器之间无延迟的方式相继启动。将延迟包含进来会减小扭矩估算的精度，在调节EM扭矩时HCM可以使用所述扭矩估算。ECM可以基于启用的气缸数来确定发动机扭矩输出的平均估算值。延迟的使用会导致平均估算值在某些时刻不准确。延迟也延长了执行自动起动所用的时间。
在步骤566中，ECM可以推迟发动机的点火以使发动机燃料被最初启动时的燃烧扭矩最小。在步骤568中，ECM使点火正时提前并且增加供应给发动机的燃料。这由点火正时信号的节段569和燃料信号的节段571示出。在柴油机上，燃料质量被控制。点火的调节可以基于期望曲轴输出扭矩信号而定。步骤566可以再步骤564之前执行。
在步骤570中，ECM启动并且使发动机的燃烧扭矩和/或WOM扭矩增加到至少空转速度扭矩水平。这允许基于发动机的燃烧扭矩而不借助于EM或MGU来使发动机仍然处于和/或维持在空转速度。ECM可以增加发动机的燃烧扭矩和/或WOM扭矩以提供期望曲轴输出扭矩。WOM扭矩的增加由可从HCM发送至ECM的WOM信号的节段573示出。
HCM可以通过期望曲轴输出扭矩信号的产生来产生WOM扭矩请求。这可以对应于开环变速器负载。HCM可以使WOM扭矩请求从发动机摩擦扭矩水平渐变至期望稳态变速器负载水平。这可以基于对ECM确定的发动机扭矩输出的平均估算来完成。ECM可以使燃烧扭矩从发动机的摩擦扭矩水平渐变至对应于稳态变速器负载的空转速度扭矩水平。
在步骤572中，HCM等待稳定期。这允许在执行发动机速度控制转换时确定、维持和使用一致的EM扭矩。这也允许由HCM确定EM扭矩误差或变速器负载误差。ECM扭矩误差或变速器负载误差被维持在恒定状态，直到发动机速度控制转移到ECM之后为止。
在步骤574中，HCM将发动机速度控制从HCM转移至ECM。该转移发生在发动机以大于或等于空转速度的速度运转之后。该转移也发生在WOM扭矩大约等于期望曲轴输出扭矩之后。EM或MGU在步骤572之后可以用作发动机。ECM可以通过调节点火正时来控制发动机速度。这可以在HCM确定自动起动已经完成时发生。HCM和ECM基于相同的指示(例如ESSR模式信号或发动机速度控制模式信号)来改变操作模式。
当转移发生时，如上所述，输入和离合器速度控制模块(ICSR)可以确定EM扭矩误差。在控制转移期间，EM扭矩误差可以从HCM提供给ECM。ECM可以相应地调节EM扭矩误差。EM扭矩误差是得知的扭矩误差，其可以由于标称系统的变速器负载差异引起的发动机WOM扭矩估算误差而产生。标称系统的变速器负载指的是多个车辆中的平均变速器负载。在转变之后，ICSR可以使EM扭矩误差渐变至零。这通过用作稳态EM负载的TRAR命令预测电机扭矩来传送。这允许控制系统得知任何起动-起动变化(start-to-start variation)。这在转变至ECM发动机速度控制时防止致动器调节中的突然增大或减小。ICSR将发动机速度闭环调节至期望速度水平。EM扭矩可以在提供的WOM扭矩和基于标称系统的预期WOM扭矩之间提供扭矩误差。
所得知的闭环控制的EM扭矩误差的积分通过命令预测电机扭矩传递至ECM。当TRAR命令预测电机扭矩改变时，ECM相应地调节WOM扭矩。ICSR可以用作比例积分微分(PID)控制器，其积分部分传送至在自动起动期间得知的ECM扭矩误差。代替使比例增益渐减的是，积分部分通过命令预测电机扭矩提供给ECM。ECM可以在最初提供标称WOM扭矩量。在当前发动机速度不匹配期望发动机速度时，ICSR可以调节EM扭矩。EM用于调节发动机的输出扭矩以提供期望发动机速度。这可以使用和/或基于可校准定时器、可校准发动机速度和EM扭矩偏差阈值来执行。
在步骤576中，EM扭矩被维持在大约零牛顿·米(Nm)。设定WOM致动器(空气、燃料和点火)以提供大约为零的EM扭矩基础。由于来自标称值的WOM估算误差和变速器负载变化，WOM致动器被调节。EM扭矩不被控制为零，除非ECM闭环系统确定EM扭矩为零适合于以期望空转速度控制发动机。在步骤578中，在转移至对空转速度的ECM控制之后，EM扭矩可以增加或渐变至用于平衡电源的电荷状态(SOC)的EM扭矩水平。仅举例来说，SOCial可以大约在最大SOC的35-65％之间。步骤576可以在WOM扭矩稳定后执行。这是因为气流控制相对较慢。当HCM控制为了充电目的而改变扭矩请求输出例如-20Nm时，ECM补偿该改变。起动期间的气流不动态地取决于电源的电荷状态(SOC)。在进入ECM空转速度控制之后去除扭矩输出的可变性。所述方法可结束于580。
上述步骤是说明性的示例；所述步骤可以相继地、同步地、同时地、连续地、在重叠时间段中或者根据应用以不同顺序执行。
现在参照图8和图9，示出了以积极模式操作控制系统的方法。虽然下面的步骤主要关于图1-5和图9的实施例进行描述，但是这些步骤可容易改变以适用于本发明的其它实施例。
图9包括发动机速度信号(RPM)、EM(EM)扭矩信号、期望曲轴扭矩信号、WOM扭矩信号、节气门位置信号、燃料供应信号、ESSR模式信号、点火正时信号、MAP信号。
所述方法可开始于600。在步骤601中，接收自动起动命令信号。自动起动命令信号可以指的是由HCM、ECM、主控制模块产生的信号，或者可以指的是由制动器传感器、加速器传感器或其它车辆操作者引起的信号发生器产生的信号。
在步骤602中，ECM和HCM以第一发动机速度控制模式操作。在步骤604中，ECM产生空转速度信号和基于发动机空转速度而定的变速器负载信号。
在步骤606中，为了使发动机最初被供应燃料且启动点火时的燃烧扭矩最小，发动机的歧管压力被减小(抽气降压)。这在启动燃料和火花(点火)之前被执行，并且提供平稳起动。这也减小了发动机被启用时的初始输出扭矩。歧管压力在启用发动机之前被减小。
在步骤610中，可以接收或产生扭矩请求信号。扭矩请求信号可以被ECM的模块接收，并且对应于开始自动起动时期望的动力系输出扭矩。动力系期望输出扭矩可以例如等于在适当地燃烧而不失火时的最小气流和最小点火(点火正时被延迟)时的发动机扭矩.在步骤612中，ECM可以基于扭矩请求信号计算动力系输出扭矩。
在步骤614中，ECM基于确定的和/或计算的用于最小化节气面积的预测扭矩来定位节气门。在处于第一和第二发动机速度控制模式时，通向发动机的气流由ECM控制。ECM可以控制气流并且将请求的扭矩转换为节气门位置。可以关于图13和图14所述的那样来控制气流。对气流的控制使得启动点火时的燃烧扭矩最小。ECM可以基于起动气缸事件和发动机的冷却剂温度来控制节气门位置，如上文关于图6和图7的实施例所述的那样。节气面积随着发动机速度的增大而增大。
在步骤616中，EM扭矩被增加至预定水平，从而克服发动机的摩擦力和泵送压力并且支持变速器输入负载。这由EM扭矩信号的节段609示出。基于空转速度信号和变速器负载信号调节EM扭矩以增加发动机的速度。该调节可以关于图12的实施例来描述。发动机速度的增加由RPM信号的节段611示出。
HCM基于来自ECM的期望空转速度信号和预期扭矩负载或变速器负载信号来使EM功率渐增。EM扭矩可以被减小而发动机速度渐增，这是因为所要克服的惯性很小。这由EM扭矩信号的节段613示出。HCM基于空转速度信号和变速器负载信号来调节EM扭矩以增加发动机的速度。该调节可关于图12的实施例所述的那样来执行。
在步骤618中，如节段615处的期望曲轴输出扭矩信号所示，HCM或ECM可以增大所产生的扭矩请求。这可以基于驾驶员加速器踏板请求而定。期望曲轴输出扭矩基于车辆速度、发动机速度和加速器位置的驾驶性控制期望扭矩水平而定。HCM或ECM可以使WOM扭矩请求从发动机摩擦扭矩水平渐变至对应于驾驶员加速器踏板请求的期望曲轴输出扭矩水平。EM扭矩提供期望曲轴扭矩水平和WOM扭矩输出之间的差。
在步骤620中，使燃料通向发动机。步骤616可以与步骤614在相同时间或在相同时间段中执行。燃料喷射器能够以喷射器之间无延迟的方式相继启动。在步骤622中，ECM可以推迟发动机的点火以使发动机燃料被最初启动时的燃烧扭矩最小。步骤622可以在步骤620之前执行。
在步骤624中，进行模式变换和转移。代替在HCM和ECM之间转移对空转发动机速度的控制的是，从HCM空转速度控制转移至ECM驾驶员扭矩请求模式。HCM将发动机速度的控制从HCM转移至ECM。该转移在如下时刻发生，即在发动机速度已经增加直到变速器扣具(lash)已被接合且避免了扰动的时刻。ECM基于零踏板扭矩(ZPT)、加速器踏板解译(interpretation)和当前发动机速度来调节车辆操作者请求的扭矩。从自动起动到ECM驾驶员扭矩请求模式(标称模式)的ECM控制转移(切换)可以由ECSR执行，ECSR基于启用的燃料和积极模式指示转变为无请求。换句话说，HCM和ECM的操作从HCM控制的空转速度控制模式切换到ECM控制的ECM驾驶员扭矩请求模式。在ECM驾驶员扭矩请求模式中，发动机速度可以增加到空转速度以上。
当转移发生时，如上所述，输入和离合器速度控制模块(ICSR)可以确定EM扭矩误差。在转变之后，ICSR可以使EM扭矩误差渐变至零。这通过TRAR命令预测电机扭矩来传送。这允许控制系统得知任何起动-起动变化。这在转变至ECM发动机速度控制时防止致动器调节中的突然增大或减小。ICSR提供使EM扭矩误差减小至零的闭环，这改变了TRAR命令预测电机扭矩。当TRAR命令预测电机扭矩改变时，ECM相应地调节WOM扭矩。这可以使用和/或基于可校准定时器、可校准发动机速度和EM扭矩偏差阈值来执行。
在步骤626中，ECM使点火提前并且增加供应给发动机的燃料。这可在发动机被启用时发生。这由点火信号的节段619和燃料信号的节段621示出。在柴油机上，燃料质量被控制。这些快速致动器(点火和燃料致动器)的调节可以基于期望WOM输出扭矩信号而定。
在步骤628中，HCM使EM扭矩增加，如节段623所示。这利用有关图12的关系获得期望曲轴扭矩输出信号(EM扭矩等于曲轴扭矩减去WOM扭矩)。在步骤630中，ECM可以使发动机燃烧扭矩和/或WOM扭矩增大以匹配期望曲轴输出扭矩。WOM扭矩的增加由WOM信号的节段625示出，并且可以由HCM控制。
在步骤632中，HCM使EM扭矩渐减，如节段627所示。HCM可以基于期望曲轴扭矩和WOM扭矩之间的差来使EM扭矩渐减。当所述差减小时，EM扭矩减小。ECM可以处于正常车辆操作者解译模式中。在发动机的WOM扭矩输出增大并且低于期望曲轴输出扭矩时，EM用于提供ECM命令的扭矩请求。当ESSR信号指示燃料被启动时，ECM可以开始以正常车辆操作者解译模式来操作。
在步骤634中，EM扭矩被维持在大约0牛顿·米(Nm)。在步骤636中，EM扭矩可以增加或渐变至用于平衡电源或一个或多个电池的电荷状态(SOC)的EM扭矩水平。步骤636可以在WOM扭矩稳定后执行。定时器可以用来确保ECM歧管/气流达到提供驾驶员请求的水平并且确保所有气缸都已被供应燃料。所述方法可结束于638。
上述步骤是说明性的示例；所述步骤可以相继地、同步地、同时地、连续地、在重叠时间段中或者根据应用以不同顺序执行。
现在参照图10，示出了说明BAS系统的动力系扭矩的视图。WOM扭矩Te是在曲轴处由气缸压力、摩擦力、以及发动机驱动的附属部件(动力转向、空调、水泵、冷却风扇、增压器等)产生的扭矩，但是不包括EM扭矩或BAS扭矩。WOM扭矩Te加上应用于曲轴的EM扭矩TmACS(与电机扭矩成比例)等于曲轴扭矩TCS，如等式1所示。
TCS＝Te+TmACS (1)
应用于曲轴的EM扭矩TmACS等于EM扭矩Tm乘以BAS系统的滑轮比(Pulley Ratio)，如等式2所示。
TmACS＝Tm·Pulley Ratio (2)
加速器踏板位置和制动器踏板位置(以及多个其它输入)确定期望曲轴输出扭矩或曲轴扭矩命令TCSCmnd。HCM可以确定获得曲轴扭矩命令TCSCmnd的合适方法，并且产生WOM扭矩请求(命令)TeCmnd和EM扭矩命令TmCmnd，如等式3所提供的，其中，TeActual是实际WOM扭矩。WOM扭矩请求TeCmnd提供给ECM并且基于该WOM扭矩请求提供实际WOM扭矩TeActual。这补偿了瞬时发动机扭矩误差。在发动机扭矩控制模式时可以使用等式3。
TmCmnd=TCSCmnd-TeActualPulley Ratio---(3)]]>
在处于发动机速度控制模式或燃料经济性模式时可以使用等式4。在该模式中，EM扭矩命令TmCmnd等于曲轴扭矩命令TCSCmnd减去WOM扭矩命令TeCmnd。
TmCmnd=TCSCmnd-TeCmndPulley Ratio---(4)]]>
在自动起动或自动停止启用模式(ESSR超驰(override)模式)中，等式5可以用于产生EM扭矩命令TmCmnd。
TmCmnd=TCSLoadEstHTDR-TeEstESSR+Je·N·eESSRPulley Ratio+TCLICSR---(5)]]>
TCSLoadEstHTDR是由HTDR确定的估算曲轴负载(结合了应用于曲轴的发动机和电机扭矩以支持变速器负载)，TeEstESSR是由ESSR估算的发动机扭矩，Je是发动机惯量(相对于曲轴结合了发动机和电机惯量)，N是发动机速度，是由ESSR确定的发动机加速度，TCLICSR是来自闭环速度控制模块或ICSR的扭矩命令，其被产生以维持期望发动机速度。
在自动起动或自动停止期间，来自ECM的曲轴扭矩命令代表在期望空转速度时的变矩器负载。HTDR根据发动机停止时发动机速度为零来修正该信号。所得到的信号是对变矩器负载的估算。
在自动起动或自动停止起作用时，ESSR通过减去阻力矩校准值来修正发动机扭矩估算值。阻力矩是对发动机扭矩模型的低速校正。ESSR计算ICSR使用的发动机速度命令和HTDR使用的发动机加速命令。
在自动起动或自动停止期间，启动ICSR提供的闭环电机速度控制。在从自动起动转变至正常操作时，闭环的闭环项渐增至零。电机扭矩命令被限制于电机扭矩容量、电池电力极限、电压极限和电流极限。
现在参照图11，示出了说明确定电机扭矩的视图。该视图公开了HCM 700和ECM 702。HCM 700接收ECM输出(例如曲轴扭矩命令704、实际发动机扭矩(实际WOM扭矩)信号706、空转速度命令708、发动机速度信号710和预测曲轴扭矩命令712)并且产生ECM输入。ECM输入包括：制动辅助差量车轴扭矩请求714、曲轴实际电机扭矩信号716、曲轴预测电机扭矩信号718、预测发动机扭矩命令720、当前发动机扭矩命令722、发动机扭矩响应类型信号724、以及发动机起动/停止模式信号726。HCM 700还从制动器踏板传感器729接收制动器踏板位置信号728。ECM 702还从加速器踏板位置传感器731接收加速器踏板位置信号730。
HCM 700包括：制动辅助模块732、空转负载标量模块734、阻力矩模块736、起动曲线计算模块738、速度控制模块739、发动机扭矩模块740、以及发动机起动控制模块742。制动辅助模块732基于制动器踏板位置信号728产生制动辅助差量车轴扭矩请求714。
空转速度命令708被提供给阻力矩模块736和起动曲线计算模块738。阻力矩模块736基于发动机速度信号710和阻力矩表来确定阻力矩750。通过第一加法器752从实际发动机扭矩信号706减去阻力矩750，从而产生发动机扭矩估算值754。发动机速度信号710经由除法器756除以空转速度命令信号708以产生空转速度分数值758。
空转负载标量模块734基于空转速度分数值758和空转负载标量表来产生空转负载标量760。空转负载标量760经由乘法器761乘以曲轴扭矩命令704以产生变矩器负载估算值762。
起动曲线计算模块738基于空转速度命令708产生发动机速度命令764。由导数模块766确定发动机速度命令764的导数以产生发动机加速命令768。发动机加速命令768经由乘法器770乘以发动机惯量Je，其结果提供给第二加法器772。
第二加法器772从变矩器负载估算值762与发动机加速命令乘以发动机惯量Je的结果的和中减去发动机扭矩估算值754。来自第二加法器772的加法结果776经由除法器778除以滑轮比rp以产生开环电机扭矩780。
经由第三加法器790从发动机速度命令764减去发动机速度710。第三加法器790的加法结果792由速度控制模块739用来产生闭环电机扭矩794。开环电机扭矩780和闭环电机扭矩794由第四加法器796相加以产生电机扭矩命令798。电机扭矩模块800基于电机扭矩命令798产生实际电机扭矩信号802。实际电机扭矩信号802经由第一滑轮比模块804乘以滑轮比rp以产生曲轴实际电机扭矩信号716。
闭环电机扭矩794经由第二滑轮比模块810乘以滑轮比rp以产生曲轴预测电机扭矩信号718。发动机扭矩模块740基于预测曲轴扭矩命令712产生期望发动机扭矩命令812。期望发动机扭矩命令812和预测曲轴扭矩命令712对应于期望空转速度时的变矩器负载。
发动机起动控制模块742基于期望发动机扭矩命令812产生预测发动机扭矩命令720、当前发动机扭矩命令722、发动机扭矩响应类型信号724和发动机起动/停止模式信号726。
现在参照图12，示出了说明节气门位置控制的功能框图。参照图1，主控制模块51、ECM 54、和/或HCM 56(用900标记)可以包括发动机起动模块902、气流-扭矩确定模块904、系统扭矩控制模块906、扭矩-气流确定模块(可以包括气流-扭矩逆解确定模块)908、以及节气门位置确定模块910。
发动机起动模块902可以与气流-扭矩确定模块904通信，并且可以为其提供指示发动机起动条件的初始期望气流值(MAFDES_i)的信号。如下所述，发动机起动模块902可以基于包括发动机冷却剂温度、发动机运行时间和大气压力的一系列参数来确定MAFDES_i。发动机起动模块902可以在整个发动机开动时的起动过程中以预定的时间步确定MAFDES_i。当发动机从起动转变至空转时，发动机起动模块902可以为气流-扭矩确定模块904提供指示当前MAFDES_i的信号。
气流-扭矩确定模块904可以与系统扭矩控制模块906通信，并且可以基于来自发动机起动模块902的MAFDES_i向其提供指示发动机最小扭矩水平(TMIN)的信号。气流-扭矩确定模块904可以通过计算确定对应于MAFDES_i的最小扭矩水平TMIN值。MAFDES_i可以转换为每缸空气(APC)值并且传送至计算。计算可以包括扭矩模型，例如美国临时专利申请No.60/861,494中公开的APC扭矩模型，该专利申请的公开内容通过引用的方式明确地并入本文。
提供给系统扭矩控制模块906的最小扭矩水平TMIN可以用作在车辆运行期间发动机工作的最小扭矩水平。更具体地，TMIN可以用于发动机的扭矩调节。系统扭矩控制模块906可以设定发动机空转控制的最小扭矩水平。系统扭矩控制模块906还可以包括扭矩裁决系统，例如美国专利申请No.11/712,597中公开的系统，该专利申请的公开内容通过引用的方式明确地并入本文。系统扭矩控制模块906可以基于需要防止不良状况(例如发动机失速或失火)的最小扭矩水平来总体上控制车辆扭矩请求。
然后，来自系统扭矩控制模块906的调节扭矩水平(TADJ)可以传送至扭矩-气流确定模块908。由系统扭矩控制模块906提供的调节扭矩水平TADJ可以大致类似于气流-扭矩确定模块904提供的TMIN。然而，系统扭矩控制模块906可以另外考虑驾驶员扭矩请求。例如，加速器踏板的位置可以由加速器踏板传感器提供给系统扭矩控制模块906。对于钥匙起动，当加速器位置为零时，那么调节扭矩水平TADJ等于TMIN。对于自动起动，可以不进行扭矩的调节，并且稳定性TMIN被提供给扭矩-气流确定模块908。
在确定来自发动机起动模块902的MAFDES_i期间，加速器踏板位置可以被初始化为对应于未致动加速器踏板的零位置。加速器踏板位置的初始化可通常消除“失灵踏板(dead pedal)”状况。“失灵踏板”状况可通常特征在于：使加速器踏板移位而没有相应的节气门开度的增加。这样，零踏板位置可以对应于如下节气门位置：该位置对应于加速器踏板处于未致动位置时的TADJ。因此，如果使用者踏上加速器踏板，那么在系统扭矩控制模块906处产生扭矩请求。该请求传到扭矩-气流确定模块908，在这里确定最终期望发动机气流(MAFDES_f)。
可以按类似于上述关于在气流-扭矩确定模块904处确定TMIN的方式来确定MAFDES_f。计算可以包括扭矩模型，例如美国临时专利申请No.60/861,494中公开的逆APC扭矩模型。如上所述，由扭矩-气流确定模块908确定的MAFDES_f可以大致等于由来自系统扭矩控制模块906的任何其它扭矩请求所调节的发动机起动模块902的MAFDES_i。MAFDES_f然后可用于调节发动机起动的节气面积。
更具体地，扭矩-气流确定模块908可以向节气门位置确定模块910提供指示MAFDES_f的信号。节气门位置确定模块910可以确定与MAFDES_f关联的期望节气面积(ATHRDES)。可以基于与大气条件和MAFDES_f关联的流动密度确定ATHRDES。这样，变化的大气条件被自动地用于计算ATHRDES，ATHRDES可以如下确定：
ATHRDES=MAFDES_f*R*IATPBARO*Φ(MAPPBARO)]]>
R是通用气体常数，Φ根据以下关系基于PR而定：
Φ=2γγ-1(1-PRγ-1γ)ifPR>Pcritical=(2γ+1)γγ-1=0.528γ2γ+1γ+1(γ-1)ifPR≤Pcritical]]>
PR通常确定为MAP和PBARO之间的比。PBARO可以直接用大气压力传感器测量或者可以使用其它已知参数来计算。PCRITICAL定义为流经节气门的空气速度等于声速时的压力比。该条件称为扼流或临界流。临界压力比按下式确定：
PCRITICAL=(2γ+1)γ/γ-1]]>
γ等于空气的比热比并且可以在大约1.3至大约1.4的范围内。这样，本发明在变化的环境条件下通过考虑压力比PR来提供准确的扭矩控制。
现在参照图14，示出了确定节气面积的方法。所述方法描述了用于基于气流的起动节气门控制系统的控制逻辑。所述方法确定气流速率以为发动机提供稳定起动和空转条件。气流速率可用于设定发动机工作的最小扭矩水平以及发动机起动的节气面积。所述方法可开始于步骤920。
在步骤922中，确定发动机工作参数。发动机工作参数可以包括发动机冷却剂温度、发动机运行时间、以及大气压力。在步骤924中，确定初始期望发动机气流MAFDES_i。
可以基于随确定的发动机工作参数而定的预定查找表来确定初始期望发动机气流MAFDES_i。初始期望发动机气流MAFDES_i可通常与发动机起动或起动条件所期望的气流相关联。
在步骤926中，确定扭矩值。可以基于初始期望发动机气流MAFDES_i确定扭矩值。可以如上关于气流-扭矩确定模块904所述的那样来确定扭矩值。
在步骤928中，可以设定系统最小扭矩(TMIN)。系统最小扭矩TMIN可以如上关于系统扭矩控制模块906所述的那样来设定。可以从使用者考虑附加扭矩请求，例如加速器踏板致动。可以基于附加的使用者扭矩请求来修正步骤926的扭矩值以产生调节扭矩请求(TADJ)。
在步骤930中，基于调节扭矩请求TADJ确定最终期望气流(MAFDES_f)。如上关于扭矩-气流确定模块908所述的，可以使用逆扭矩计算来确定最终期望气流MAFDES_f。
在步骤932中，确定期望节气面积(ATHRDES)。可以基于最终期望气流MAFDES_f并且如上关于节气门位置确定模块910所述那样来确定期望节气面积ATHRDES。如上所述，期望节气面积ATHRDES可考虑到进气温度、相对于MAP的大气压力、以及最终期望气流MAFDES_f。
在步骤934中，评估发动机工作。当发动机仍然以起动模式工作时，控制过程返回到步骤922。在完成起动模式之后，发动机可以转变至空转状况。当发动机不再处于起动模式(即，发动机已经转变至空转状况)时，控制过程可以结束于步骤936。步骤926、930和932产生的用于系统扭矩最小化、期望气流和期望节气面积的最终值可分别用于从发动机起动模式向发动机空转模式的转变。
上述步骤是说明性的示例；根据具体应用，所述步骤可以顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠时间段中或者以不同顺序执行。
以上实施例允许车辆在自动起动压入事件和非自动起动压入事件中提供相似的性能响应。换句话说，在空转和车辆操作者致动加速器时提供相似的车辆响应，而与车辆处于自动起动模式还是非自动起动模式无关。以上实施例在不会使发动机速度的衰变或突增的情况下提供自动起动。以上实施例为正常模式、后备模式和积极模式提供发动机速度的平稳渐增和适当的扭矩响应。以上实施例也通过维持正常的燃料、点火工作范围而使自动起动期间产生的排放最小。本发明还提供了强混合稳定性系统的再利用。
本领域技术人员现在可以从前述说明了解到，本发明的广义教导能够以各种不同形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是本发明的真实范围不限于此，因为对本领域技术人员而言在研究了附图、说明书和所附权利要求之后其它改型将会变得显而易见。